Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit im Maschinen- und Anlagenbau
Die richtigen Interfaces für Spätentschlossene
Dass an einer immer tiefergehenden Digitalisierung der Produktionssysteme langfristig kein Weg vorbeiführt, hat sich bei Herstellern, Betreibern und Dienstleistern des Maschinenbaus als Konsens etabliert. Zugleich sorgen aber oft Aussagen wie die folgende, von der T-Systems-Webseite entnommene für Unsicherheit bei den OEM des Maschinenbaus: "Bestehende Geschäftsmodelle werden durch die Digitalisierung in Frage gestellt, die globalen Märkte werden zunehmend volatiler."

Die Daten-Sicht der OEM für Produktionssysteme lässt sich heute so umschreiben:

• Die OEM sind Experten für viele bereits vorhandene technologische, maschinennahe Daten, für die Nutzung dieser Daten in ureigenen Maschinenfunktionen sowie für erweiterte Automatisierungsfunktionen;

• Auch die verstärkte Nutzung der ‚internen Intelligenz‘ der Automatisierungskomponenten wie Antriebe, smarte Sensoren, Aktuatoren oder HMI-Systeme mit allen dazugehörigen Daten-Übergängen gehört heute zum Standard-Werkzeug eines OEM;

• Zudem sind es alle möglichen Daten-Übertragungsschichten auf der Ebene des Maschinen-Verbunds oder der Linie, die bekannte Datenentstehungs-, Maschinen-, User- und Prozess-Modelle nutzen, die auch als firmeneigenes Knowhow gelten;

• Aber: Im Sinne der Digitalisierung dürfen nicht alle genannten Daten-Strukturen und Übertragungsschichten, die Teil der Steuerungs- und Automatisierungssysteme sind, einfach ‚abgerissen‘ und durch neue ersetzt werden. Denn nahezu die gesamte Funktionalität moderner Produktionssysteme beruht auf Software und passenden spezifischen Schnittstellen. Diese Funktionalitäten sind mit enorm hohem Material- und Engineering-Aufwand erarbeitet worden.

Ein erstes Fazit lautet deshalb: Um die Digitalisierung mit möglichst geringem Aufwand voranzutreiben und die mit ihr einhergehenden wachsenden Datenmengen zu bewältigen, müssen Maschinen- und Anlagenbauer vorhandene Datenstrukturen und Schnittstellen weiter nutzen können.

Erweiterung durch neue Pipelines

Im Sinne der Daten-Öl-Analogie müssen erprobte und ausreichend funktionsfähige Pipeline-Strukturen weiter genutzt und um neue Pipelines erweitert werden. So gelingt es den Unternehmen, die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern und neue Marktanteile im eigenen Segment oder in anderen Segmenten der Produktionstechnik zu gewinnen. Um es in den Begriffen der Steuerungstechnik für Industriesysteme zu sagen: Ein OEM im Maschinenbau braucht seine bewährten Feldbusse und Schnittstellen für die evolutionäre Digitalisierung. Gleichzeitig sind passende physikalische Schnittstellen für den Ausbau neuer Systeme und Dienste im Edge-Bereich sowie für eine möglichst nahtlose Anbindung an die Welt des Big Data von Vorteil. Beherrscht man beide Disziplinen, ist man bestmöglich gerüstet, um die wachsenden und teilweise noch unbekannten künftigen Anforderungen der Maschinennutzer zu bewältigen.

Die richtungsweisenden Anforderungen für Entwicklungen im Zusammenhang mit der Digitalisierung, die im folgenden Abschnitt dargelegt werden, beruhen auf den Erfahrungen der Harting Technologiegruppe. Das Unternehmen stellt Lösungen für alle Arten von Daten-Interfaces moderner Antriebs-, Steuerungs-, HMI- und Kommunikationstechnik in den Produktionssystemen des Maschinenbaus bereit. Auch ist Harting auf dem Gebiet der Leistungs- und Signal-Übertragung im industriellen Umfeld tätig. Im Bereich Industrial Ethernet werden unterschiedliche Standards auf dem Physical Layer mitgestaltet: Beispielsweise wird an Lösungen für die sogenannte SPE (Single Pair Ethernet) Technologie aktiv mitgewirkt.

Jahrzehntelange Erfahrungen im Bereich Interfaces für Fabrikautomation kombiniert mit der Expertise bei den neuesten Technologien der Datenüberübertragung machen es aus Harting-Sicht möglich, immer für jede konkrete Interface-Ausgestaltung eine geeignete Lösung auf dem Physical Layer zu finden. Mithilfe der richtigen Schnittstellen können die OEM die für sie so wichtige Migration in die Digitalisierung entscheidend vorantreiben. Dabei muss in jeder Lösung die jeweilige Applikation mit ihren mechanischen, Umwelt- und EMV-Bedingungen und weiteren Anforderungen führend bleiben.

Auslegung der Schnittstellen

„Welches ist der einfachste und effektivste Weg, die Schnittstellen für die Datenübertragung bei Produktionssystemen auszulegen – auf allen denkbaren Ebenen der Fabrik und bis hinein in die Cloud?“ Diese Frage sorgt oft für Kopfzerbrechen in den R&D- und Engineering-Abteilungen der Maschinenbauer, die einzelne konkrete Aspekte der Digitalisierung in ihren Projekten schrittweise ausgestalten wollen. Die Anforderungen, die es zu erfüllen gilt, lauten:

• Alle Arten von Daten-Interfaces sollen implementierbar sein, sowohl Altbewährtes als auch aktuelle Innovationen;

• Die Palette der Interfaces muss skalierbar sein, bedeutet: Der gleiche Schnittstellen-Typ kann in der jeweils erforderlichen normativen Ausführung, IP-Schutzart oder für jeweils erforderliche Umgebungsbedingungen (EMV, Beständigkeit gegen Schmutz, UV-Einstrahlung, mechanische Belastungen wie Schock & Vibration sowie die Erfüllung von Hygiene-Anforderungen) ausgelegt werden;

• Für die Übergänge zwischen Standorten oder Teilstrecken muss es möglich sein, sicher funktionierende und normkonforme Schnittstellen einzusetzen;

• Es muss Produkt-Varianten geben, die für unterschiedliche Fertigungs- und Montage-Prozesse bei den OEM ausgelegt sind, z. B. für die werkzeuglose Montage, falls Flexibilität erforderlich ist, oder für die automatische Montage, falls höhere Stückzahlen mit großer Prozesssicherheit gefertigt werden sollen;

• Die Daten-Interfaces müssen miteinander kombinierbar sein, und sich mit anderen Signal- und Leistungs-Schnittstellen in einem Gehäuse oder sogar zusammen in einem Isolierkörper platzieren lassen, um Raum und Kosten zu sparen und Prozesse zu vereinfachen.

Der skizzierte Ansatz erlaubt es Entwicklern und Projektverantwortlichen, sich in der Entwurfsphase auf die für ihre jeweilige Anwendung zentralen Aufgaben zu konzentrieren – ohne Zeit auf die Randkriterien von Schnittstellen verwenden zu müssen. Sie können sich zugleich aber sicher sein, dass es für jede Ausbaustufe eines Maschinenmoduls oder einer Datenübertragungsstrecke eine passende Schnittstelle gibt. Die entsprechenden Lösungen sind sowohl kosten- und funktionsoptimiert als auch skalierbar. Ein kosteneffizienter, technisch einfacher Ausbau von Service-Leistungen und System-Erweiterung auf allen Ebenen der Fabrikautomation und auch darüber hinaus lässt sich jederzeit, auch nachträglich, beim Maschinen-Nutzer realisieren.

Die Grafik stellt den Ansatz komprimiert dar: Sie vermittelt einen Überblick über die bekanntesten Netzwerksysteme für industrielle Datenübertragung und beschreibt ausgewählte reale Harting-Lösungen, die als Produktfamilien dargestellt sind. Es wird deutlich, wie groß die Freiheit in der Auslegung der Daten-Interfaces tatsächlich ist: Für praktisch jeden Typ der Feldbusse oder Industrial Ethernet gibt es mehrere Möglichkeiten, den Physical Layer zu gestalten. Damit ist (fast) immer eine genau auf den Einsatzfall optimal passende Lösung möglich – auch für heute noch unbekannte und/oder für mitwachsende Anforderungen der Digitalisierung.

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Harting Stiftung & Co. KG (Holding)

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